丁酸钠对水生动物的促生长作用及其机理研究进展

潘加红，彭艳，谢飞

（上海美农生物科技股份有限公司，上海 201800）

丁酸钠对水生动物的促生长作用及其机理研究进展

潘加红，彭艳，谢飞

（上海美农生物科技股份有限公司，上海 201800）

丁酸钠有促进动物生长的作用，在畜禽养殖业中应用广泛，但在水生动物中的应用较少，文章对丁酸钠在水生动物中的作用效果及其作用机理作以综述。

丁酸钠；水生动物；生长；肠道；作用机制

我国是个渔业大国，水产品总产量约占世界水产品总量的1/4。随着水产养殖业的高度集约化发展，水产养殖面临越来越多的应激因素，如水质污染、有害物质侵袭、饲养管理不当等，这些不同程度应激因素导致水生动物的抵抗能力下降，肠炎等疾病频发，给生产带来严重的经济损失。研究表明，丁酸钠作为能够被肠道快速利用的能量物质，可以促进肠道细胞增殖成熟、改善肠道形态，从而维持动物肠道健康，提高动物生产性能[1]。近年来丁酸钠作为抗生素的替代品之一，在畜牧业中的应用受到广泛的重视，并且在畜牧生产中取得较好的应用效果。鉴于丁酸盐在畜牧生产实践中的应用越来越广泛，本文就丁酸盐在水生动物生产中的应用效果及其作用机制作以综述。

1 丁酸钠在水生动物生产中的应用效果

丁酸钠对水生动物生长影响见附表。

丁酸钠的促生长作用在畜禽动物生产中有大量的研究报道。近年来关于丁酸钠在水生动物生产中的应用研究陆续开展，且研究发现丁酸钠对水生动物也具有明显促生长作用。利用罗非鱼研究丁酸钠对淡水鱼类生产性能的影响，结果表明，在日粮中添加丁酸钠0.05%能够使罗非鱼的增重率和生长率分别提高25.79%和18.4%[2]。饲喂适宜水平的丁酸盐能够显著提高凡纳滨对虾的产量，且丁酸钠0.2%添加组凡纳滨对虾的增重率最高（P＜0.05）[3]。孙浪等给湘云鲫饲喂不同水平的丁酸钠后发现丁酸钠可以显著提高湘云鲫的增重率和肥满度（P＜0.05）[4]。在鲤鱼、鳗鲡、鲷鱼等水生动物的日粮中添加适宜水平的丁酸钠也得到了类似的生长促进效果[5-7]。

2 丁酸钠促进水生动物生长的作用机理

2.1 对饲料效率的影响

水生动物的生长与采食量和饲料效率密切相关，生长性能的提高直接原因是采食量和饲料效率的提高。在陆生动物中，由于丁酸钠具有特殊的奶酪酸败气味，对幼畜具有一定的诱食效应，可以明显改善动物的日采食量和饲料效率。在水生动物中，关于丁酸钠对采食量的影响仅见一篇在鳗鲡上的报道，且研究发现日粮中添加丁酸钠对鳗鲡的采食量并无显著的影响，表明丁酸钠促进水生动物生长的作用效果可能与采食量并无直接关系[6]。饲料效率是增重与采食量之比，直接关系到水产养殖的投入与产出，提高水生动物的饲料效率对提高水产养殖业的经济效益具有重要意义。由表1可知，日粮中添加丁酸钠可以提高罗非鱼、鲤鱼、对虾等多种水生动物的饲料效率，表明丁酸钠对水生动物的促生长作用与其饲料效率的提高有密切的关系。丁酸钠提高水生动物饲料效率的原因之一可能与丁酸钠提高水生动物的营养物质利用效率有关。蛋白质是决定水生动物生长的关键营养物质，水生动物对饲料中蛋白质的消化吸收水平不仅会影响水生动物的生长性能，而且还关系到鱼类粪便中氮的含量以及对水环境的污染程度。研究表明，在湘云鲫的日粮中添加丁酸钠可以显著提高其干物质表观消化率与蛋白质表观消化率，并且显著提高了其蛋白质代谢水平[8]。在凡纳滨对虾上的研究结果表明，在日粮中添加丁酸钠2%可提高凡纳滨对虾的氮保留率，蛋白质利用效率比对照组提高约35%[3]。在日粮中添加丁酸钠1 500 g·t-1可以使罗非鱼和鲤鱼的蛋白质效率分别比对照组提高27.6%和4.55%。然而，丁酸钠提高水生动物的蛋白质利用效率机理尚不清楚，有待进一步研究[2]。

附表丁酸钠对水生动物生长影响

2.2 对肠道结构和功能的影响

水生动物多数无胃，肠道是水生动物机体主要的消化吸收器官和黏膜免疫器官。然而，水生动物的肠道长度短，一般仅为体长的25%～200%倍，且肠壁薄，多不饱和脂肪酸含量高，容易受到损害。因此，促进水生动物肠道完善发育、维持肠道健康对保证水生动物快速生长具有非常重要的意义。

2.2.1 促进肠细胞增殖成熟

丁酸钠促进肠道增殖成熟作用见图1。

肠上皮细胞是肠道基本功能单位，其通过不断的增殖和分化，从而促进肠道绒毛组织的增长和整个肠道的发育。研究表明，日粮中添加丁酸钠2.5 g·kg-1时能够促进鲤鱼肠细胞的增殖，前肠绒毛高度显著高于对照组，且相应的隐窝深度显著低于对照组（P＜0.05）[4]。在鲤鱼日粮中添加丁酸钠1 000 g·t-1，结果表明，丁酸钠能够显著提高鲤鱼小肠绒毛高度，并且肠黏膜肌层厚度也明显增加[2]。在犊牛日粮中添加低剂量的丁酸钠饲喂一段时间后发现，与对照组相比，丁酸钠添加组空肠细胞有丝分裂指数显著增加[9]。在仔猪日粮中添加丁酸钠1 g·kg-1后发现，仔猪空肠和结肠的黏膜上皮发育完善，细胞数量比抗生素组增多1.4～1.7倍。研究表明，高剂量的丁酸钠可以促进肉鸡的肠道发育，使回肠和小肠的长度增加。以上的研究结果表明，丁酸钠可以促进肠道细胞增殖成熟，促进动物肠道生长发育[10]。

图1 丁酸钠促进肠道增殖成熟作用

丁酸钠促进动物肠道细胞增殖成熟的作用机制可能主要有3个：丁酸钠促进肠细胞增殖的作用与丁酸对肠道的营养作用有关；丁酸钠通过刺激胃肠道激素和生长因子的分泌促进肠道上皮细胞增殖；丁酸可通过影响相关基因表达从而促进肠道细胞增殖。尾型同源异型框转录因子2（CDX2）和cAMP反应元件结合蛋白（CREB）作为细胞核内的转录因子，在调节肠道基因表达与肠道发育及对肠道上皮细胞分化、增殖方面有重要调节作用。

丁酸作为结肠细胞首选的代谢性燃料，能快速为结肠上皮细胞提供能量，刺激肠道细胞增殖[11]。此外，丁酸还可以扩张肠道血管，使肠道血流量增加，改善肠道微循环，从而对肠道黏膜发挥营养作用[12]。胰高血糖素和PYY是介导肠上皮细胞增殖和黏膜生长的两种重要激素，而生长因子能够促进细胞的增殖分化，在调控细胞生长、发育方面发挥重要的作用。Zhou等研究表明，日粮抗性淀粉能够刺激大鼠肠道胰高血糖素样肽-1（GLP-1）和PYY的分泌[13]。Wang等研究表明，在日粮中添加丁酸钠促进仔猪肠道生长发育的作用效果与丁酸促进了肠道胰高血糖素样肽-2（GLP-2）分泌密切相关[14]。孙浪等在湘云鲫的研究表明，丁酸钠可显著上调CDX2和CREB的基因表达水平[8]。Domondell等在体外细胞培养试验研究表明，在Caco2、HT29细胞中丁酸钠能够明显提高肠道上皮细胞特异转录因子CDX2 mRNA及其蛋白水平，且丁酸钠对CDX2的调控存在剂量依赖关系[15]。

2.2.2 降低肠道炎症反应

丁酸钠抑制肠道炎症反应作用见图2。

图2 丁酸钠抑制肠道炎症反应作用

肠炎是威胁水生动物肠道健康，降低动物生产性能的主要常发疾病。因此，降低水生动物肠道炎症发生是保证动物肠道健康，提高水生动物生产成绩的重要手段。大量的研究表明，丁酸盐除了能够为肠上皮细胞快速提供能量之外，还具有广泛的抗炎作用。Liu等在鲤鱼的研究中发现，在日粮中添加丁酸钠可以缓解氧化油脂引起的鲤鱼肠道炎症反应[5]。Malago等以Caco细胞系为模型，用肠炎沙门氏菌诱导肠道炎症反应后用丁酸钠处理发现，低剂量的丁酸钠能够降低Caco细胞中白介素8（IL-8）的产生，降低肠道炎症反应[16]。由以上的研究结果可知，丁酸钠在水生动物和陆生动物中都具有抗肠道炎症反应的效果。

目前研究最多的丁酸盐抗炎机制是丁酸钠对信号分子NF-κB的抑制。NF-κB广泛存在于动物细胞中，是进化上高度保守的信号模块，在机体的炎症反应发生的过程中发挥着至关重要的作用。此外，丁酸钠作为一种去乙酰化酶（HDAC）抑制剂，可能通过改变组蛋白的乙酰化程度来改变染色质结构，从而参与相关基因的调控，抑制炎症反应过程[17]。而丁酸调控NF-κB的作用可能也与其潜在的抑制组蛋白去乙酰酶的作用相关。

2.2.3 维持肠道黏膜屏障功能

肠道黏膜屏障是肠道抵抗外部有毒有害物质入侵的第一道防线，由完整的肠黏膜上皮细胞、上皮细胞之间的紧密连接和上皮细胞表面的黏液层组成。不仅是肠道抵抗外环境中病原体或有害物质入侵肠黏膜组织的关键，也是保证肠道消化吸收功能的基础。

肠道黏膜屏障能提高肠道抗氧化损伤能力，维持肠黏膜上皮细胞结构完整。水生动物肠道内含有大量的不饱和脂肪酸，在受到应激因素刺激时，肠道内的不饱和脂肪酸极易发生脂质过氧化反应，使细胞及细胞器膜中的脂质受到损伤，导致细胞的功能和完整性受损。在体内和体外的相关试验研究表明，丁酸钠能够调节动物肠道的氧化应激水平。给鲤鱼饲喂氧化鱼油一段时间后，电镜下观察其肠道的组织形态，发现肠道黏膜细胞损伤明显，肠道微绒毛断裂，而在日粮中添加控释微囊丁酸钠能够有效修复被氧化油脂损害的肠道黏膜，与对照组相比，丁酸钠添加组鲤鱼肠道的黏膜上皮细胞更加完整，肠绒毛更为粗壮[5]。在饲粮中添加丁酸钠不但可以提高正常生理状况下肉鸡的抗氧化功能，还可以抑制由于饲喂皮质醇（CORT）引起的肠黏膜抗氧化水平的下降，维持了肠道结构和功能的完整性。由以上的研究结果可知，丁酸钠可以调控肠道的氧化应激水平，降低氧化应激引起的肠道氧化损伤，从而维持肠细胞的结构和功能完整[13]。

肠道黏膜屏障能维持肠道黏膜上皮细胞之间的紧密连接屏障功能。紧密连接是肠上皮细胞之间的主要连接方式，在连续的细胞层中建立扩散屏障，起着封闭细胞间隙的作用。在紧密连接处，相邻细胞的质膜紧密融合，质膜间的缝隙消失。因此，上皮细胞之间的紧密连接可抑制肠腔内细菌、内毒素及毒性大分子物质进入体内，是维持肠道屏障功能的重要组成部分和结构基础，是决定细胞间通透性大小的主要因素。研究表明，丁酸钠能够通过增强肠上皮细胞间的紧密连接来发挥对肠道屏障功能的调节作用，这已经被体外细胞试验所证实。丁酸钠能够增加IEC单层细胞的跨膜电阻，上调紧密连接蛋白Claudin-1的基因表达水平，增强上皮细胞中紧密连接蛋白ZO-1和Occludin的跨膜重建，从而增强肠道的屏障功能[18]。Ma等以IPEC-J2细胞为模型研究丁酸对肠道屏障功能损伤引起腹泻的影响，结果表明，丁酸能够促进肠黏膜细胞的损伤修复，且丁酸钠处理组肠黏膜紧密连接蛋白occludin和ZO-1的mRNA水平显著增加，表明丁酸钠对肠黏膜的损伤修复效果与丁酸钠具有的维持肠黏膜紧密连接屏障功能的作用有关[19]。

肠道黏膜屏障能维持肠道黏膜上皮细胞黏液层的屏障功能。丁酸钠维持肠道屏障功能作用见图3。

图3 丁酸钠维持肠道屏障功能作用

杯状细胞分泌的黏液可在黏膜上皮细胞表面形成一黏弹性胶状的黏液层，保护肠黏膜免受损伤。肠上皮细胞表面的黏液层主要由黏液素糖蛋白、三叶因子-3（TFF3）和分泌型免疫球蛋白A（sI-gA）组成。试验表明，丁酸盐能够刺激黏液素糖蛋白的合成，增加TFF3基因的表达[20]。研究表明，丁酸盐能够刺激人类结肠细胞系（LS174T）中黏蛋白MUC2的生产，MUC2基因表达的增加以及黏蛋白合成的诱导能加强对黏膜层的保护作用[21]。同时，Gaudier等用丁酸盐给小鼠灌肠7 d后发现，丁酸钠能够使小鼠结肠黏蛋白2（MUC2）的表达上升6倍[22]。以上的研究结果表明，丁酸钠能够增强肠上皮细胞的黏液屏障功能。

3 小结

综上所述，丁酸钠能通过提高饲料转化效率、促进肠道发育、改善肠道健康状况来促进水生动物的生长。在正常生理情况下，丁酸钠可以促进动物肠道细胞的增殖成熟，促进肠道的生长发育；而在肠道受损的情况下，丁酸钠可以通过抑制肠道炎症反应，维持肠道的屏障功能并促进肠道的损伤修复，从而改善肠道的健康状况，维持肠道健康，提高动物生产性能。目前，丁酸钠作为一种新型饲料添加剂因其独特的营养生理特性而成为动物养殖生产过程中较有潜力的抗生素替代品[23-24]。但是，丁酸钠产品的添加效果受到添加形式、添加剂量、动物品种和日龄、饲粮及其他因素的影响。因此，丁酸钠在动物日粮中的最适添加量，在肠道内发挥作用的方式及分子机制尚不明确，还有待进一步研究，以便为今后的生产实践提供理论依据。

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The Effect of Sodium Butyrate on the Growth Performance and Related Mechanisms in Aquatic Animal

PAN Jiahong,PENG Yan,XIE Fei

（Shanghai Meinong Biotechnology Co.,Ltd.,Shanghai 201800,China）

Sodium butyrate can promote the growth of animals,and is widely used in livestock and poultry breeding,but it is less used in aquatic animals.In this paper,the effect and mechanism of sodium butyrate in aquatic animalswerereviewed.

sodium butyrate;aquatic animal;growth;intestine;mechanism

S816.7；S865.3+3

A

1001-0084（2017）06-0033-05

2017-04-11

潘加红（1988-），女，河南信阳人，硕士，主要从事水生动物营养研究。